グリーンケミストリー～(3)生合成／生分解プラスチック

グリーンケミストリー（Green Chemistry；GC）関連第三弾！

→ 第一回記事『グリーンケミストリー～(1)入門編』（GC各記事へのインデックスあり）

今回は環境に優しい合成・製品という話題で、プラスチックの生合成と、生分解性のプラスチックについてです。

生分解性プラスチックという言葉は最近有名になってきたので、まずそれから説明します。


◎ 今回関係するグリーンケミストリーの12ヶ条

第3条. 毒性の少ない方法：
可能な限り環境や人間に対して毒性の少ない物質を使って合成する。

第9条. 触媒の活用：
選択性の高い触媒は反応の効率を高めるのに優れている。

第10条. 環境中で分解する製品：
化学製品は使用後、無害なものに分解し、残留性がないようにすべきである。



生分解性プラスチックとは

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石、粘度、鉄・・・人間が得た材料の中でも、プラスチックというものは、その加工性・耐久性・多様性等において、最高傑作のひとつではないかと思います。

例えば最も身近なポリエチレン[-CH₂-CH₂-]_nは、単純な炭化水素であるエチレンCH₂=CH₂を付加重合させたもので、ビニール袋や弁当箱、はたまた水道管にまで使われています。

何せ腐らないし、錆びないし・・・

だが、実はこの便利な性質が裏目に出て環境問題になっています。


「腐らない」

これは逆に言えば、例えばポリエチレンの袋を山や川に捨てたとしても、何年、何十年たってもずーーっとポリエチレンはポリエチレンとして残り続けます。

例えばバナナの皮を捨てたとしたら、数日したら微生物の働きで腐りだし、数か月もすれば完全に分解させて跡形もなくなっていると思います。

ポリエチレンの袋は、例えばウミガメがクラゲと間違えて食べてしまうという問題があります。

強靭なそれは消化液でも分解されず、消化器官に詰まりその生物を死に至らしめます。

このように、環境中に残存する物質（プラスチック、ダイオキシン、フロン...等）は、環境に負荷を与える物質とされ、グリーンケミストリーの12ヶ条でも第10条に「化学製品は使用後、無害なものに分解し、残留性がないようにすべきである。」と宣言されています。

したがって、要するに「腐るプラスチック」が必要とされました。

そこで登場したのがポリ乳酸[-CH(CH₃)COO-]_n。

乳酸HO-CH(CH₃)COO-Hが縮合重合したポリマーです。

乳酸は言わずと知れたありふれた天然物質。

ヨーグルトとかに入ってるあれです。

そしてそれが単にエステル結合で重合したポリ乳酸は、微生物の持つ分解酵素によって水と二酸化炭素にまで分解することができます。

したがって、もしもポリ乳酸ボトルが山に捨てられたとしても、しばらくすれば跡形もなく土に還るのです。

このように、生物によって分解されるプラスチックのことを生分解性プラスチックと言い、現在の"残存性プラスチック"にとって代わるべきであると期待されています。

ポリ乳酸はボトル等として実用化され始めているようです。

ちなみに、ポリ乳酸は堆肥の中等微生物がたくさんいるところでしかなかなか分解されません。

したがって「ポリ乳酸ボトルが気づいたら腐って中身が漏れた！！」なんてことにはならないのです。都合がいい！！


めでたしめでたし・・・と言いたいところですが、まだまだ課題があります。

例えばその生分解性を生かすならば、捨てるとき普通に焼却処分するよりも、生物に分解してもらった方が良い。

しかしあなたは「燃えるごみ・燃えないゴミ・生分解性プラスチック」というゴミの分別を見たとこがあるでしょうか？

おそらくありませんね。

今現在は捨てるとき焼却処分されるため、その生分解性という性質はあまり生かせられていません。

とりあえずもっと生分解性プラスチックが生活の中にあふれるようになって、リサイクルの一種類のように廃棄されるようになればいいですね。



生合成プラスチックとは

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さて、前項で生物はポリ乳酸というプラスチックを分解できるというお話でした。

実は、逆の原理で生物にプラスチックを合成させることもできるのです！


例えば、植物は光合成で作ったグルコースC₆H₁₂O₆を重合させ、多糖であるデンプン[-C₆H₁₀O₅-]_nという形で貯蔵することはご存知の通りです。

同じように、ある種の微生物は栄養をポリエステルにして蓄える性質があります。

例えば枯草菌（納豆菌の仲間）はグルコースを栄養源にして発酵し、ポリ（3-ヒドロキシ酪酸）を作ります。

ポリ（3-ヒドロキシ酪酸）は溶融形成可能な熱可塑性樹脂で、結晶性が高く強い材料です。

さらに、エネルギー貯蔵のための物質なわけですから、もちろん生分解性プラスチックでもあります。

したがって、微生物にグルコースをエサとして与えるで生分解性まである素晴らしいプラスチックを合成することができます。

これはグリーンケミストリーの第3条「毒性の少ない方法」、第9条「触媒の活用」（微生物の酵素の活用）、第10条「環境中で分解する製品」に合致し、素晴らしい合成プロセス・材料であると思います。


ちなみに、こんな技術まで開発されています。

ポリ（3-ヒドロキシ酪酸）は硬くて強いプラスチックですが、その反面"もろい"という欠点があります。

この欠点を補うために、水素細菌にグルコースと一緒にプロピオン酸CH₃CH₂COOHをエサとして与えると、3-ヒドロキシ吉草酸ユニット-OCH(C₂H₅)CH₂CO-が共重合した形のポリ（3-ヒドロキシ酪酸-co-3-ヒドロキシ吉草酸）が生成します。

3-ヒドロキシ吉草酸ユニットが入ると柔らかさが増し、粘り強い材料となる。

しかもエサとして与えるグルコースとプロピオン酸の組成比を変えることで、各ユニットの割合が調節でき、好きな柔らかさを持ったプラスチックを作ることができるという優れもの。

もう商品化もされているという。

また、これら微生物の遺伝子を植物の遺伝子に導入することで、植物にプラスチックを合成させる取り組みも行われているという。

いつか「プラスチックの実がなる木」が出来て、プラスチックの製造は畑で実を収穫する・・・なんてことになるかもしれませんね。


以上のように、環境に負荷の少ない生分解性プラスチックや、発酵という安全な合成法でプラスチックを合成するという試みが実用段階まできています。

ゴミが環境に負荷を与えないためにも、安全に合成するためにも、生物の事をよく知って力を借りる必要があるようです。



参考

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• 『環境にやさしい21世紀の化学』安保 正一, 水野 一彦 編著, エヌ・ティー・エス (2005/08)



• 『グリーンケミストリー』, Paul T. Anastasら原著, 丸善 (1999/03)